KR20170096248A - 리니어 액추에이터 - Google Patents

리니어 액추에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 낮은 소비전력으로도 높은 응답성을 기대할 수 있으며, 구성이 간단하여 제작이 용이하고 부품수가 적어 생산단가를 절감할 수 있는 리니어 액추에이터에 관한 것으로, 작동공간이 내부에 형성된 중공의 보빈과, 상기 보빈의 둘레에 감긴 코일과, 상기 보빈의 일단에 마련된 제1영구자석과, 상기 보빈의 타단에 마련되고 상기 제1영구자석과 동일한 극성을 갖도록 배치된 제2영구자석과, 상기 작동공간에 이동 가능하게 설치된 플런저와, 상기 플런저와 일체로 결합되고 양단이 상기 제1 및 제2영구자석을 관통하는 로드와, 상기 코일에 인가되는 전류의 방향을 변환하여 상기 플런저의 극성을 전환시키는 제어부와, 상기 로드의 위치를 감지하기 위한 센서부를 포함한다.

Description

리니어 액추에이터{LINEAR ACTUATOR}
본 발명은 리니어 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 더블 클러치 트랜스미션의 변속장치에 사용되는 리니어 액추에이터에 관한 것이다.
더블 클러치 트랜스미션(Double Clutch Transmission; DCT)은 홀수 변속단과 짝수 변속단을 개별적으로 제어할 수 있도록 두 개의 클러치가 구비된 수동변속기 기반의 자동화 수동변속기로, 두 개의 클러치 중 하나의 클러치가 단수를 변경하면 다른 클러치가 다음 단의 기어를 미리 준비시켜 변속이 빠르게 이루어지도록 한다.
이러한 더블 클러치 트랜스미션은 자동변속기의 장점인 편리성과 수동변속기의 장점인 경제성을 모두 고루 갖추고 있다. 특히, 단판 클러치 트랜스미션에서 발생하는 저
운전이 편한 자동변속기의 장점과 연비가 높은 수동변속기의 장점을 모두 가진다. 특히, 단판 클러치를 탑재한 종래의 트랜스미션에서 발생하던 변속 충격이 없으므로 부드러운 변속이 가능하며 변속시간을 줄일 수 있다.
상술한 더블 클러치 트랜스미션은 현재 작동 중인 변속단 이외에 다음에 변속할 가능성이 높은 다른 변속계통의 변속단을 미리 연결하는 프리셀렉트 기능을 가진 변속장치를 포함하여 구성된다.
대한민국등록특허공보 제10-1039921호(2011.06.01.)에는 프리셀렉트 기능을 포함하는 더블 클러치 변속기의 변속장치가 개시되어 있다.
상기 변속장치는, 홀수 변속단을 감합 또는 감합 해제하는 다수의 홀수단피동변속요소(1)와, 짝수 변속단을 감합 또는 감합 해제하는 다수의 짝수단피동변속요소(3)와, 홀수단피동변속요소(1) 중 어느 하나를 이동시키는 홀수단구동변속요소(5)와, 짝수단피동변속요소(3) 중 어느 하나를 이동시키는 짝수단구동변속요소(7)와, 홀수단구동변속요소(5)에 직선변위 및 회전변위를 발생시키는 홀수단셀렉팅액추에이터(9) 및 홀수단쉬프팅액추에이터(11)와, 짝수단구동변속요소(7)에 직선변위 및 회전변위를 발생시키는 짝수단셀렉팅액추에이터(13) 및 짝수단쉬프팅액추에이터(15)를 포함한다.
또한, 대한민국등록특허공보 제10-1233061호(2013.02.07.)에는 본 출원인에 의해 출원 및 등록된 더블 클러치 변속기용 리니어 액추에이터가 개시되어 있다.
상기 리니어 액추에이터는 전원 인가 시 작동하는 솔레노이드를 포함한다. 솔레노이드는, 케이스와, 케이스의 내부에 설치된 보빈과, 보빈의 외주면에 감긴 코일과, 보빈에 결합된 코어와, 보빈의 내부에 위치된 플런저와, 플런저에 결합되며 코어를 관통하는 로드로 구성된다. 이때, 보빈과 코일은 플런저를 이동시킬 수 있도록 플런저의 이동방향으로 이격된 한 쌍으로 구성된다.
상술한 구조의 리니어 액추에이터는 전원 인가 시 코일에서 발생된 자기력에 의해 플런저가 이동을 하며 기계적인 일을 수행하는 구조를 갖는다. 즉, 리니어 액추에이터가 코일에서 발생하는 자기력에 의해서만 구동되므로 구동전력이 많이 소모되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 리니어 액추에이터는 플런저를 이동시키기 위한 흡인력이 보빈에 감긴 코일의 권선수에 의해 좌우되는 구조이므로, 액추에이터의 응답성을 향상시키기 위해 코일의 권선수를 증가시킬 경우 구동전력을 더 많이 소비하게 되는 원인이 된다.
또한, 종래의 리니어 액추에이터는 플런저를 이동시키기 위한 보빈과 코일이 한 쌍으로 구성되므로 액추에이터의 구조가 복잡하고 많은 부품수로 인해 생산단가가 상승하는 문제를 갖고 있었다.
대한민국등록특허공보 제10-1039921호(2011.06.01.) 대한민국등록특허공보 제10-1233061호(2013.02.07.)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 낮은 소비전력으로도 높은 응답성을 기대할 수 있으며, 구성이 간단하여 제작이 용이하고 부품수가 적어 생산단가를 절감할 수 있는 리니어 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 리니어 액추에이터는, 작동공간이 내부에 형성된 중공의 보빈과, 상기 보빈의 둘레에 감긴 코일과, 상기 보빈의 일단에 마련된 제1영구자석과, 상기 보빈의 타단에 마련되고 상기 제1영구자석과 동일한 극성을 갖도록 배치된 제2영구자석과, 상기 작동공간에 이동 가능하게 설치된 플런저와, 상기 플런저와 일체로 결합되고 양단이 상기 제1 및 제2영구자석을 관통하는 로드와, 상기 코일에 인가되는 전류의 방향을 변환하여 상기 플런저의 극성을 전환시키는 제어부와, 상기 로드의 위치를 감지하기 위한 센서부를 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 전원 인가 시 코일에서 발생하는 자기력 외에 영구자석이 가진 자기력을 이용하므로 액추에이터의 구동 시 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 더불어, 플런저의 양방향 제어가 가능하므로 액추에이터의 응답성을 향상시킬 수 있다. 또한, 구성이 간단하여 제작이 용이하고 부품수가 적어 생산단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 일부를 확대한 도면.
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 작동상태도.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터는, 솔레노이드(100)와, 솔레노이드(100)의 작동을 제어하는 제어부(200)와, 솔레노이드(100)의 작동을 감지하는 센서부(300)를 포함한다.
솔레노이드(100)는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로서, 전원 인가 시 작동하여 기계적인 일을 수행한다. 그 구성을 살펴보면, 케이스(110)와, 케이스(110)의 내부에 설치된 보빈(120)과, 보빈(120)의 둘레에 감긴 코일(130)과, 보빈(120)의 양단에 마련된 영구자석(140)과, 보빈(120)의 내부에 구비된 플런저(150)와, 플런저(150)에 결합된 로드(160)를 포함한다.
케이스(110)는 일 방향으로 연장된 원형 단면의 파이프 형상이다. 케이스(110)의 상단과 하단은 코킹(caulking) 또는 컬링(curling) 가공을 통해 보빈(120)과 센서부(300)의 하우징(310)에 밀착된다. 따라서 케이스(110)와 보빈(120) 사이, 그리고 케이스(110)와 하우징(310) 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 도 1에 도시된 것처럼 케이스(110)와 하우징(310) 사이에 오링(170)을 추가할 경우 수분을 포함한 이물질의 유입을 완벽하게 차단할 수 있다.
보빈(120)은 케이스(110)의 길이방향으로 연장된 원형 단면의 파이프 형상이다. 보빈(120)의 상단 및 하단 외주면에는 플랜지(122)가 형성되어 코일(130)이 감길 수 있는 공간을 형성한다. 보빈(120)의 내부에는 플런저(150)가 이동할 수 있도록 작동공간(124)이 형성된다. 작동공간(124)의 내벽에는 가이드(126)가 마련되어 플런저(150)와의 마찰에 의한 저항을 줄여 플런저(150)가 원활하게 이동할 수 있도록 함과 동시에 마찰에 의해 보빈(120)이 손상되는 것을 방지한다.
코일(130)은 보빈(120)의 주위에 자기장을 형성하여 플런저(150)를 이동시키기 위한 자기력을 발생시키는 도선이다. 코일(130)은 보빈(120)의 둘레에 촘촘하고 균일하게 감겨 일정한 두께의 원통 형상을 이룬다. 이때, 플런저(150)를 이동시키는 자기력은 코일(130)을 따라 흐르는 전류의 세기 및 보빈(120)에 감긴 코일(130)의 수에 비례한다. 따라서 코일(130)에 높은 전류를 인가하거나 코일(130)을 많이 감을 경우 강한 자기력을 발생시켜 플런저(150)의 이동을 확실하게 제어할 수 있다.
한편, 코일(130)에 전류가 인가될 경우 플런저(150)의 상단과 하단은 서로 다른 극성을 띠게 된다. 예를 들어, 코일(130)에 전류를 일 방향으로 흘렸을 때 플런저(150)의 상단이 N극을 띠면 하단은 S극을 띠게 된다. 반면, 코일(130)에 흐르는 전류의 방향을 변환할 경우 플런저(150)의 상단은 S극으로 전환되고 하단은 N극으로 전환된다.
영구자석(140)은 극성을 띠는 플런저(150)와의 사이에 인력과 척력을 부가하여 플런저(150)의 응답성을 향상시키기 위한 것이다. 이러한 영구자석(140)은, 보빈(120)의 상단에 마련된 제1영구자석(140a)과, 보빈(120)의 하단에 마련된 제2영구자석(140b)으로 구성된다. 이때, 제1영구자석(140a)의 하단이 N극(또는 S극)일 경우 제2영구자석(140b)의 상단도 N극(S극)이 되도록 배치한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 코일(130)에 전류를 흘려 플런저(150)의 상단이 S극을 띠고 하단은 N극을 띠게 될 경우, 제1영구자석(140a)과 플런저(150) 사이에는 인력(FA)이 발생하여 플런저(150)를 상부로 당기게 되고, 제2영구자석(140b)과 플런저(150) 사이에는 척력(FR)이 발생하는 플런저(150)를 상부로 밀게 된다. 즉, 플런저(150)를 이동시키는 힘(FT)은, 코일(130)에서 발생하는 자기력(FC), 제1영구자석(140a)과 플런저(150) 사이의 인력(FA) 및 2영구자석(140b)과 플런저(150) 사이의 척력(FR)의 합과 같다. 즉, 아래의 식으로 나타난다.
FT = FC + FA + FR
상술한 제1영구자석(140a)의 하면과 제2영구자석(140b)의 상면에는 완충부재(180)가 마련된다. 완충부재(180)는 플런저(150)의 이동 시 영구자석(140a 또는 140b)과의 접촉을 방지하고 충격을 흡수하기 위한 것이다.
로드(160)는 소정 길이를 가진 원형 단면의 막대이며, 플런저(150)를 상하로 관통하도록 결합된다. 로드(160)의 상단은 제1영구자석(140a)을 관통하여 외부로 돌출되고, 로드(160)의 하단은 제2영구자석(140b)을 관통하여 센서부(300)의 하우징(310)에 삽입된다.
제어부(200)는 코일(130)에 인가되는 전류의 방향을 변환하여 플런저(150)의 극성을 전환시키는 수단이다. 케이스(110)의 하단에는 센서부(300)의 하우징(310)이 결합되고, 하우징(310)의 하단에는 커버(320)가 결합된다. 이때, 하우징(310)과 커버(320) 사이에는 소정의 공간이 마련되며, 상기 공간에 제어부(200)가 설치된다.
센서부(300)는 로드(160)의 위치를 통해 솔레노이드(100)의 작동을 감지하는 수단이다. 센서부(300)는, 케이스(110)의 하단에 결합된 하우징(310)과, 하우징(310)의 하단에 결합된 커버(320)와, 하우징(310)의 내부에 마련된 홀 IC(Integrated Circuit, 330)와, 로드(160)의 하단에 구비된 마그넷(340)으로 구성된다.
상술한 구성의 센서부(300)는 홀 IC(330)를 통해 마그넷(340)의 이동에 따른 자속밀도의 변화를 측정하고, 이를 이용하여 로드(160)의 상승과 하강을 판단한다. 예를 들어, 로드(160)가 상승하면 마그넷(340)이 홀 IC(330)에 접근하여 자속밀도가 증가시키고, 로드(160)가 하강하면 마그넷(340)이 홀 IC(330)에서 이격되어 자속밀도를 감소시킨다.
도 3과 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 작동과정을 살펴보도록 한다.
솔레노이드(100)에 전원이 인가되어 도 3의 화살표방향으로 코일(130)을 따라 전류가 흐를 경우 코일(130)에서 발생한 자기력(FC)이 플런저(150)를 상승시킨다. 이와 동시에, 플런저(150)의 상단과 하단은 S극과 N극을 띠게 되므로, 제1영구자석(140a)과 플런저(150) 사이에는 인력(FA)이 발생하여 플런저(150)를 상부로 당기게 되고, 제2영구자석(140b)과 플런저(150) 사이에는 척력(FR)이 발생하는 플런저(150)를 상부로 밀게 된다. 즉, 플런저(150)는, 코일(130)에서 발생한 자기력(FC), 제1영구자석(140a)과 플런저(150) 사이의 인력(FA), 제2영구자석(140b)과 플런저(150) 사이의 척력(FR)에 의해 상승하게 된다.
반면, 제어부(200)에 의해 코일(130)에 인가되는 전류의 방향이 변환되면, 코일(130)에서 발생한 자기력(FC)이 플런저(150)를 하강시키고, 그와 동시에 제1영구자석(140a)과 플런저(150) 사이에는 척력(FR)이 발생하여 플런저(150)를 하부로 밀게 되고, 제2영구자석(140b)과 플런저(150) 사이에는 인력(FA)이 발생하는 플런저(150)를 하부로 당기게 된다. 즉, 플런저(150)는, 코일(130)에서 발생한 자기력(FC), 제1영구자석(140a)과 플런저(150) 사이의 척력(FR), 제2영구자석(140b)과 플런저(150) 사이의 인력(FA)에 의해 상승하게 된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 솔레노이드 110: 케이스
120: 보빈 130: 코일
140: 영구자석 150: 플런저
160: 로드 170: 오링
180: 완충부재 200: 제어부
300: 센서부 310: 하우징
320: 커버 330: 홀 IC
340: 마그넷

Claims (5)

  1. 작동공간이 내부에 형성된 중공의 보빈;
    상기 보빈의 둘레에 감긴 코일;
    상기 보빈의 일단에 마련된 제1영구자석;
    상기 보빈의 타단에 마련되고 상기 제1영구자석과 동일한 극성을 갖도록 배치된 제2영구자석;
    상기 작동공간에 이동 가능하게 설치된 플런저;
    상기 플런저와 일체로 결합되고 양단이 상기 제1 및 제2영구자석을 관통하는 로드; 및
    상기 코일에 인가되는 전류의 방향을 변환하여 상기 플런저의 극성을 전환시키는 제어부를 포함하는 리니어 액추에이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로드의 위치를 감지하기 위한 센서부를 더 포함하는 리니어 액추에이터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 플런저의 이동을 안내하는 가이드가 상기 보빈의 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 플런저의 이동 시 발생하는 충격을 흡수하는 완충부재가 상기 제1영구자석의 일면과 상기 제2영구자석의 타면에 각각 마련된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 로드의 일단이 삽입되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 마련된 홀 IC(Integrated Circuit)와, 상기 로드의 일단에 구비된 마그넷을 포함하는 리니어 액추에이터.
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